[發(fā)明專利]一種高濃度尾礦流變及流動特性測試系統(tǒng)及其使用方法

在審

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• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112129917A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭彬彬;李貴炳;陳章良;史俊偉;劉剛;董羽;宋瑩;李立峰
• 申請（專利權(quán)）人: 山東工商學(xué)院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京市浩東律師事務(wù)所 11499
• 代理人: 李雁

本發(fā)明涉及尾礦漿性質(zhì)測試技術(shù)領(lǐng)域，且公開了一種高濃度尾礦流變及流動特性測試系統(tǒng)及其使用方法，包括攪拌制漿系統(tǒng)、用于采集尾礦漿流變信息的流變特性測試系統(tǒng)、用于采集尾礦漿流動信息的流動性能測試系統(tǒng)、用于采集尾礦漿放礦信息的圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和用于收集處理信息并控制相應(yīng)設(shè)備的微機(jī)控制系統(tǒng)。用于研究高濃度尾礦的流變和流動性能，可準(zhǔn)確測試高濃度尾礦的流變性參數(shù)，并且測試高濃度尾礦地表排放后的沉積坡度以及顆粒分布情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及尾礦漿性質(zhì)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高濃度尾礦流變及流 動特性測試系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)

尾礦庫是堆存礦山選廠排出的尾礦的場所，是礦山必需的生產(chǎn)設(shè)施，也 是一個具有高勢能的人造泥石流危險源。尾礦庫運(yùn)營的好壞，不僅直接影響 到礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且與庫區(qū)下游人民的生命財產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境息 息相關(guān)。我國礦山有超過80％的尾礦庫是采用低濃度(20％-30％)上游法構(gòu)筑 尾礦壩，這種方式運(yùn)行成本最低。但低濃度排放尾礦漿時，會導(dǎo)致干灘面以 下的尾礦一直處于飽和狀態(tài)，使得壩體的浸潤線埋深較高，造成尾礦壩的穩(wěn) 定性差及地震液化風(fēng)險高，易發(fā)生壩體失穩(wěn)、潰壩等災(zāi)害事故；另外，會有大量的尾水排放到庫內(nèi)，不僅降低了尾礦庫的防洪儲備性能，而且加大了回 水量，增加了運(yùn)行成本。

如何從安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，尋求更好的尾礦處理方法是礦山企 業(yè)亟待解決的重點(diǎn)問題。隨著尾礦濃縮技術(shù)和工藝的日益成熟，高濃度尾礦 處置技術(shù)因其在安全、環(huán)保、節(jié)約水資源等方面的優(yōu)勢而越來越受到重視， 高濃度尾礦處置技術(shù)將會在礦山企業(yè)得到廣泛的推廣和應(yīng)用。當(dāng)然，高濃度 尾礦地面堆存仍存在兩個至關(guān)重要的問題：一是能否達(dá)到設(shè)計坡度？該問題 便涉及到高濃度的流變特性及流動特性；其二為高濃度尾礦排放后的水力平 衡問題，該問題涉及到尾礦庫中高濃度尾礦的干燥和脫水過程。

高濃度尾礦兼具固態(tài)和液態(tài)的特征，呈“半固體”狀態(tài)。高濃度尾礦的 流變性是高濃度尾礦生產(chǎn)設(shè)備選型和管道輸送設(shè)計及地下充填工藝的重要參 數(shù)，同時，直接影響到高濃度尾礦庫內(nèi)堆存的灘面沉積特性和坡度。在解決 高濃度礦漿流動性問題時，傳統(tǒng)的流體力學(xué)理論不再適用，相比之下，流變 學(xué)理論能夠很好的解釋高濃度尾礦的流動特征，是研究高濃度尾礦流變特性 的有效手段。隨著流變理論的發(fā)展，相關(guān)學(xué)者圍繞流變性能的測試方法、流 變模型等開展了廣泛的研究。

測定尾礦漿體屈服應(yīng)力的方法主要包括旋轉(zhuǎn)流變儀測定和塌落度試驗(yàn)間 接推算，可以采用R/S流變儀進(jìn)行測試。

R/S流變儀是一種可以控制剪切速率、剪切應(yīng)力的旋轉(zhuǎn)式流變儀，包括兩 種測試模式，即控制剪切速率(CSR：Controlled Shear Rate)法和控制剪 切應(yīng)力(CSS：Controlled Shear Stress)法。R/S流變儀型號可主要包括： R/S錐板流變儀，適用于少量樣品的測量；R/S同軸圓柱體流變儀，適用于剪 切速率精確控制和測量絕對黏度；R/S軟固體測試儀，適用于含顆粒漿體物質(zhì) 測量。其中，R/S軟固體測試儀可用于膏體尾礦及高濃度尾礦流變性測定。

用于測試尾礦漿體流變性的其他流變裝置有漿式流變儀、平板式流變儀、 毛細(xì)管粘度計、環(huán)管裝置等。

隨著非牛頓流體研究的深入，不同的學(xué)者提出了不同的流變模型，比較 經(jīng)典的流變模型有：Bingham模型、Carreau模型、Casson模型、Cross模型、 Hershel-Bulkey模型、Ostwald模型等。研究表明，可以較好描述高濃度礦 漿流變行為的模型主要有Bingham模型、Hershel-Bulkey模型、Ostwald模 型。

①Bingham模型